透水混凝土的性能和應用現狀簡介
透水混凝土也被稱作多孔混凝土、間斷級配混凝土、開放孔隙混凝土或過濾混凝土，是指在製備過程中，通過減少或避免使用細集料，形成具有內部連通孔隙微觀結構的一種混凝土，是一種具有高滲水功能的工程材料。依據混凝土中集料粘結用材料的不同，透水混凝土可分為透水瀝青混凝土和透水水泥混凝土，前者以瀝青（必要時可摻入改性劑）作為粘結材料，後者以水泥（必要時可摻入礦物摻和料）作為粘結材料。本文就透水混凝土的配合比設計、排水處理方式、維護方法進行論述，旨在為透水混凝土的發展和應用提供借鑒和指導。
透水混凝土的優點可總結如下：1）在城市地區的降雨期間，通過分散雨水的流向，減小城市排水管道的工作負荷並有效避免局部區域的積水，這對於人口眾多、交通和地形狀況複雜的大都市具有重要意義；2）雨水通過透水混凝土向基層和土壤中滲透，可補充所在地區的地下水位，具有環境保護和調節水資源可持續發展的作用；3）透水混凝土對雨水的就地滲透，一方面可在滲透的過程中對雨水產生凈化效應，另一方面還可有效避免雨水與可污染物或被污染水體的接觸，避免了雨水的二次污染；4）降雨過程中滲透至透水混凝土基層和土壤中的水分，在晴天的時候可以部分蒸發出來，會降低城市的熱島效應；5）透水混凝土路面可降低並吸收行車噪音、減小聲污染，這對於交通流量較大、空間狹小的城市內街道周邊的工作和居住環境具有重要意義；6）相對於普通混凝土，透水混凝土與車輛輪胎之間的摩擦力增大且摩擦力衰減梯度減小，同時，通過及時排放道路表面的積水，可有效減少車輛在行駛過程中的側滑現象；此外，對道路表面雨水的及時排放，還可避免車輛在行駛過程中的潑濺現象和夜晚燈光下產生的眩光現象，提高了行車安全。
1 透水混凝土的製備
1.1透水水泥混凝土的製備
美國混凝土協會（ACI, American Concrete Institute）的522委員會制定了透水水泥混凝土標準ACI 522R-10（Report on Pervious Concrete），其中對透水水泥混凝土主要指標進行規定。美國ASTM組織中編號為C09.49的委員會負責透水水泥混凝土性能測試相關標準的制定，現在已在執行的標準為ASTM C1688/C1688M、ASTM C1701/C1701M、ASTM C1747/C1747M和ASTM C1754/C1754M，分別用於測試新拌透水水泥混凝土密度和孔隙率、現場透水水泥混凝土的滲透率（Infiltration Rate）、使用衝擊和磨損的方法評價混凝土的抗破壞能力（Resistance to degradation），以及硬化混凝土密度和孔隙率，現在正在制定過程中的標準是關於透水水泥混凝土抗壓強度的測試方法。在美國，透水混凝土的質量由美國綠色建築委員會（USGBC, United States Green Building Council）進行認證，該委員會使用LEED（The Leadership in Energy and Environmental Design）程序對混凝土建築的綠色程度進行分級和評價。透水水泥混凝土的製備通常採用波特蘭水泥、礦物摻和料、開級配的集料（通常只包含粗集料、少或無細集料）和水來進行，同時還可摻入化學外加劑來提高透水混凝土的強度、調節凝結歷程、降低乾燥收縮和提高混凝土的抗凍融能力等。透水水泥混凝土配合比設計的目的是在保障最小漿體用量的基礎上，使得製備的混凝土具有良好的新拌工作性、孔隙結構和強度。透水混凝土的配合比設計首先從漿體的用量和孔隙率開始，然後依據水膠比計算得出用水量和膠凝材料用量；再根據粗集料的粒徑、粗集料的體積分數和搗實密度來計算粗集料的用量。具體計算方法可參見ACI 522R-10標準。需要注意的是，普通水泥混凝土的水膠比和強度關係通常不完全適用於透水水泥混凝土。這是由於雖然水膠比可以影響混凝土中凈漿的強度和界面過渡區的品質，但在透水水泥混凝土中，水膠比還會產生另一種不可忽視的影響：凈漿的流動性能對孔隙率的影響。在透水水泥混凝土中，如果凈漿的流動性能過大，則會產生孔隙堵塞現象，同時使得孔隙堵塞處的強度增大；如果凈漿的流動性不足，加上透水水泥混凝土在初始水化期間較高的蒸發速率（相對於普通水泥混凝土而言），會使得骨料顆粒之間膠結不充分而阻礙強度的發展。因此，對於透水水泥混凝土，要綜合協調水膠比-流變性-強度-孔隙率之間的關係，這樣才能使所製備的透水水泥混凝土一方面具有所需要的透水能力，另一方面具有良好的強度。
1.2 透水瀝青混凝土的製備
美國瀝青路面協會（NAPA, National Asphalt Pavement Association）頒布了透水瀝青混凝土的設計方法，設計、建造和維護開級配瀝青混凝土道路[7]，其中對透水瀝青混凝土的原材料選擇和力學性能提出了具體的要求，見表2。透水瀝青混凝土的原材料包括集料、瀝青、瀝青改性劑和纖維，其中後兩者可依據實際情況選擇使用。透水瀝青混凝土的配合比設計包括四個步驟：（1）選擇原材料；（2）確定集料的級配；（3）確定最優瀝青用量；（4）考察透水瀝青混凝土的抗凍融能力。具體的計算方法和步驟可參見NAPA頒布的透水瀝青混凝土設計方法。對於透水瀝青混凝土，由於其中大量孔隙的存在，為提高其抗荷載變形能力，應使用高剛度的瀝青，推薦使用的瀝青標號要比當地用於製備普通瀝青混凝土的瀝青高兩級.
2 透水混凝土的排水方式
透水混凝土的使用應結合區域降雨特徵和要接納的排水面積來進行合理的布置。透水水泥混凝土的使用和設計方法可參見美國波特蘭水泥協會頒布的基於水文學的透水水泥混凝土設計手冊；透水瀝青混凝土的使用和設計方法可參見美國瀝青路面協會頒布的透水瀝青混凝土路面手冊。這裡重點討論透水混凝土路面的結構和基於不同排水量需求的排水形式。一般來說，透水混凝土路面由透水混凝土面層、基層（Subbase）和底基層（Subgrade）構成，基層通常由壓實碎石構成，底基層通常由輕度壓實的土壤構成，其典型結構如圖3所示。基層和底基層的壓實程度要依據路面荷載和排水能力要求來確定。如果底基層土壤的排水能力不能滿足要求，則可通過在基層中埋設排水管道或建立蓄水井等方式來解決，如圖4和圖5所示。
3 透水混凝土的破壞形式
透水混凝土的破壞形式通常包括：開裂、沉降和表面磨損。開裂通常是由於超重的車輛荷載、排水過程中底基層局部沖刷導致的基層和面層支撐不足、氣溫變化產生的面層漲縮等；沉降通常是由於排水過程中對底基層的沖刷或底基層周圍的側壓力損失所致；表面磨損通常是由於局部摩擦力過大（如車輛急剎車）或面層的粗集料顆粒之間結合強度太低所致。透水混凝土的另一種破壞形式是凍融破壞，這是由於透水混凝土中含有大量的孔隙，在水飽和的狀態下，在凍融過程中，液態水至固態水的相變過程中產生的體積膨脹可產生破壞作用。但對於透水混凝土面層而言，由於其本身和下方基層、底基層的高透水能力，透水混凝土路面很難處於水飽和狀態，因此，通常不需要擔心抗凍融問題。對於透水水泥混凝土，在製備過程中使用引氣劑，在粗集料表面的水泥凈漿覆蓋層中引入均勻分布的一些小氣泡，可有助於提高其抗凍融能力。
4 透水混凝土的維護
透水混凝土的維護包括兩個方面：（1）對透水混凝土破壞區域的維護。由於施工缺陷和車輛荷載等原因，會產生透水混凝土的面層開裂和剝離現象。對於該種形式的破壞，可採取局部修復或拆除重建的方法進行維護；（2）對透水混凝土透水能力的維護。在排水過程中，水流中所攜帶的細小顆粒會使透水混凝土的孔隙產生堵塞，導致其排水能力逐漸下降。通常，需要以一定的時間間隔，對透水混凝土孔隙的通透性進行維護，維護周期隨透水混凝土應用環境的不同而有差異。維護透水混凝土透水能力的措施主要有兩種：高壓水沖洗和大功率真空吸塵。高壓沖洗可將透水混凝土表面孔隙中的大顆粒沖洗出，但會驅使小顆粒進一步向內部遷移，同時過高的沖洗壓力也可能損害透水混凝土本身；真空吸塵可將透水混凝土表面孔隙中的顆粒以負壓的方式吸出。當前，理想的維護手段應該是兩種方法的結合，一套設備既能實現沖洗又實現真空吸塵。其實，防止透水混凝土發生堵塞現象應在透水混凝土的設計階段開始，通常採用提升透水混凝土面層的高度、在透水混凝土面層周邊建造路沿、對透水混凝土面層周圍的土壤進行植被維護等措施，可有效地防止外來水流所攜帶的細碎顆粒造成的孔隙堵塞現象。
結論：
（1）透水混凝土的滲水功能，對於凈化水質和保護區域水資源，以及緩解排水系統的排水負荷具有重要作用。
（2）透水混凝土的防滑、降噪、吸聲和防眩光功能，可有效提高車輛行駛的安全性。
（3）透水混凝土的應用，應根據區域降水特徵和排水面積需求，進行合理的布置和設計。
（4）在透水混凝土的製備過程中，應注意孔隙率-強度-抗磨損能力-抗開裂能力-抗變形能力的協調。
（5）透水混凝土在使用過程中，應進行定期維護，以保障其滲透能力。同時，在設計階段就應當採取措施，通過合理的路面高度、過濾和沉降設計，來降低透水混凝土中孔隙被阻塞的風險。
當今，透水混凝土應用的主要目的是水資源、環境保護和防止城市降雨期間的洪澇災害，其作用方式是將其表面的水分通過自身和基層原地滲透或就近滲透至土壤中，從而維護局部地區的地下水位、凈化水質、減小城市排水系統的排水負荷和低洼地區的雨水聚集。當前，透水混凝土主要用於建造停車場、人行道和低交通負荷要求的行車路面（如公園、小區或停車庫至主幹道的道路），用於收集降雨期間降落在其表面的雨水，同時，還可收集附近普通混凝土製備的路面和停車場、草坪和屋面等排放的雨水。除了具有滲水功能外，透水混凝土還具有增大摩擦力和吸聲性能的特點。此學科在我國剛起步，目前從事該學科的研究人員很少，還有許多問題需要試驗、研究、創新。下面是國內某研究團隊的二維碼，有興趣的可以長按添加哦！
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